Bộ thí nghiệm đo thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất

Bộ thí nghiệm đo thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất được thiết kế thông minh và Chắc chắn, có độ bền cao, đặc biệt độ chính các rất cao.

Chiết áp điện tử được tích hợp bên trong chân đế của la bàn tang.

Thay đổi số vòng dây bằng công tắc xoay

Các chỉ dẫn trên thiết bị rõ ràng, sắc nét. Các linh kiện được sử dụng là loại đắt tiền, tinh xảo. 

Thông số:

Đường kính khung quấn dây: 180mm

Số vòng dây: 100, 200 và 300 vòng

Điện áp vào: 6-12VDC (tốt nhất để 6V)

Dòng điện qua khung dây: 0 - 200mA

Chốt cắm chuối cao cấp.

La bàn đường kính 100mm

Lý thuyết và thực nghiệm

Nguyên lý:

Trái đất được bao quanh bởi từ trường, trái đất giống như một nam châm khổng lồ. Đường sức từ đi ra từ cực bắc và đi vào cực nam. Tại một điểm gần mặt đất, Từ trường B coi như là tổng hợp của 2 thành phần: Từ trường theo phương ngang và từ trường theo phương thẳng đứng (hình dưới). 

Góc a là góc nghiêng của từ trường so với phương ngang. 

Bộ thí nghiệm này dùng để xác định hướng và độ lớn của từ trường trái đất theo phương ngang tại 1 điểm. Thành phần nằm ngang được xác định bằng la bàn tang, đo góc quay của kim la bàn khi ta đặt một từ trường ngoài vào cuộn dây, Từ đó tính được độ lớn của từ trường.

Khi cấp một dòng điện vào cuộn dây, cuộn dây sinh ra 1 từ trường Bloop.

Kim nam nam châm sẽ chịu tác động bởi từ trường trái đất theo phương ngang Bh và từ trường do vòng dây Bloop. Kim sẽ quay 1 góc β.

và ta có:

                            (1)

                      (2)

Ta có công thức từ trường do cuộn dây sinh ta ở tâm vòng dây là:

                               (3)

Trong đó: 

                 (4)

d: Đường kính khung dây

n: số vòng dây

I: Dòng điện qua vòng dây

Do đó:

                 (5)

Tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Xoay La bàn tang sao cho kim của la bàn nằm trong mặt phẳng khung dây. Có nghĩa mũi tên chỉ hướng bắc nam và khung dây nằm trong 1 mặt phẳng. Mũi kim hướng bắc (chữ N) chỉ đúng vạch màu đỏ trên mặt kính.

Câu hỏi: Tại sao lại phải xoay kim la bàn nằm trong mặt phẳng khung dây???

Trả lời:  Khi đó thì từ trường do cuộn dây sinh ra Bloop sẽ vuông góc với từ trường trái đất Bh.

Và khi đó, mới có công thức (1): 

Step 2: Adjust the needle do not touch the glass (balanced, can rotate freely without getting stuck).

Step 3: Plug the cords as shown in the picture.

Bước 4: Vặn núm chiết áp hết về bên trái (dòng điện vào cuộn dây bằng 0). Vặn núm số vòng dây về 300 vòng. Nguồn điện để từ 6V hoặc12V DC (Khuyến cáo để 6V)

Bước 5: Bật nguồn điện.

- Tăng từ từ chiết áp lên sao cho kim la bàn lệch β = 45 độ. Ghi giá trị dòng điện. ta lại giảm chiết áp về 0

- Đổi chiều dòng điện vào chiết áp. Ta lại tăng dòng lên để kim lệch 45 độ (theo chiều ngược lại). Ghi giá trị dòng điện.  

- Ta lặp lại thí nghiệm với 100 vòng, 200 vòng dây.

Câu hỏi: tại sao lại làm với góc lệch 45 độ. Với góc 30 độ hay góc khác có được không???

Trả lời: Đây là một câu hỏi khó giải thích cho học sinh phổ thông nhưng cũng dễ giải thích cho sinh viên đại học.

Độ nhạy của la bàn tang: Là khả năng quay một góc β của kim la bàn trên một đơn vị dòng điện chạy qua.

Độ nhạy Sens = dβ/di.

Sau một hồi chứng minh bằng một loạt các phương trình phức tạp thì kết quả là: độ nhạy Sens lớn nhất khi β = 45 độ.  

Nếu ai đó muốn chứng minh thì liên hệ nhé. Miễn phí.

Bước 6: Xử lý số liệu

- Tính giá trị trung bình của dòng điện ITB

- Dựa vào công thức (5) ta tính được thành phần từ trường trái đất nằm ngang Bh: 

Từ trường theo phương ngang: 

Theo số liệu thống kê, từ trường theo phương ngang tại Hà Nội có giá trị từ: 25 - 75 microT